Страница 75 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

552. В закрытом сосуде вместимостью 2 л находится насыщенный водяной пар при 20 °С. Сколько воды образуется в сосуде при понижении температуры до 5 °С?

Дано:

Вместимость сосуда, $V = 2$ л
Начальная температура, $t_1 = 20$ °C
Конечная температура, $t_2 = 5$ °C
Плотность насыщенного водяного пара при $t_1 = 20$ °C, $\rho_1 = 17,3$ г/м³
Плотность насыщенного водяного пара при $t_2 = 5$ °C, $\rho_2 = 6,8$ г/м³

$V = 2 \cdot 10^{-3}$ м³

Найти:

Массу образовавшейся воды, $\Delta m$.

Решение:

Изначально в сосуде находится насыщенный водяной пар. Массу этого пара можно найти по формуле $m = \rho \cdot V$, где $\rho$ — плотность, а $V$ — объем.

Масса пара в сосуде при температуре $t_1 = 20$ °C равна:

$m_1 = \rho_1 \cdot V$

При понижении температуры до $t_2 = 5$ °C часть пара конденсируется, и в сосуде остаётся насыщенный пар при новой температуре, а также образуется жидкая вода. Масса пара, оставшегося в газообразном состоянии, равна:

$m_2 = \rho_2 \cdot V$

Масса образовавшейся воды (сконденсировавшегося пара) $\Delta m$ — это разница между начальной и конечной массами пара в сосуде:

$\Delta m = m_1 - m_2 = (\rho_1 - \rho_2) \cdot V$

Для нахождения плотностей насыщенного пара при заданных температурах воспользуемся справочными таблицами. Плотность насыщенного пара при $20$ °C составляет $\rho_1 = 17,3$ г/м³, а при $5$ °C — $\rho_2 = 6,8$ г/м³.

Подставим числовые значения в формулу:

$\Delta m = (17,3 \text{ г/м³} - 6,8 \text{ г/м³}) \cdot 2 \cdot 10^{-3} \text{ м³}$

$\Delta m = 10,5 \text{ г/м³} \cdot 0,002 \text{ м³} = 0,021$ г

Ответ: в сосуде образуется $0,021$ г воды.

553. Плотность насыщенного пара ртути при 20 $^\circ$С равна 0,02 $\text{г}/\text{м}^3$. Найти давление пара при этой температуре.

Дано:

Плотность насыщенного пара ртути: $ρ = 0,02 \text{ г/м³}$
Температура: $t = 20 \text{ °C}$

Переведем данные в систему СИ:
$ρ = 0,02 \text{ г/м³} = 0,02 \cdot 10^{-3} \text{ кг/м³} = 2 \cdot 10^{-5} \text{ кг/м³}$
$T = 20 + 273 = 293 \text{ К}$

Найти:

Давление пара: $P$

Решение:

Для нахождения давления насыщенного пара воспользуемся уравнением состояния идеального газа (уравнением Менделеева-Клапейрона), так как при низких давлениях насыщенный пар можно считать идеальным газом.

Уравнение Менделеева-Клапейрона имеет вид: $$PV = \frac{m}{M}RT$$ где $P$ — давление, $V$ — объем, $m$ — масса газа, $M$ — молярная масса, $R$ — универсальная газовая постоянная ($R \approx 8,31 \text{ Дж/(моль·К)}$), $T$ — абсолютная температура.

Плотность газа $ρ$ связана с массой $m$ и объемом $V$ соотношением $ρ = \frac{m}{V}$. Выразим давление $P$ через плотность: $$P = \frac{m}{V} \frac{RT}{M} = \frac{ρRT}{M}$$

Молярная масса ртути (Hg) составляет $M \approx 200,6 \text{ г/моль}$, что в системе СИ равно $0,2006 \text{ кг/моль}$.

Теперь подставим все известные значения в формулу для давления: $$P = \frac{2 \cdot 10^{-5} \text{ кг/м³} \cdot 8,31 \frac{\text{Дж}}{\text{моль} \cdot \text{К}} \cdot 293 \text{ К}}{0,2006 \frac{\text{кг}}{\text{моль}}}$$

Произведем вычисления: $$P = \frac{0,0486906}{0,2006} \approx 0,243 \text{ Па}$$

Ответ: давление пара ртути при температуре 20 °C составляет примерно 0,243 Па.

554. Давление насыщенного пара эфира при $0 ^\circ\text{C}$ равно $24,7 \text{ кПа}$, а при $40 ^\circ\text{C}$ — $123 \text{ кПа}$. Сравнить значения плотности пара при этих температурах.

Дано:

$t_1 = 0°C$
$p_1 = 24.7 \text{ кПа}$
$t_2 = 40°C$
$p_2 = 123 \text{ кПа}$

Перевод в систему СИ:
$T_1 = 0 + 273 = 273 \text{ К}$
$p_1 = 24.7 \times 10^3 \text{ Па}$
$T_2 = 40 + 273 = 313 \text{ К}$
$p_2 = 123 \times 10^3 \text{ Па}$

Найти:

Сравнить плотности $\rho_1$ и $\rho_2$, т.е. найти отношение $\frac{\rho_2}{\rho_1}$.

Решение:

Для решения задачи будем рассматривать насыщенный пар эфира как идеальный газ. Состояние идеального газа описывается уравнением Менделеева-Клапейрона:

$p V = \frac{m}{M} R T$

где $p$ — давление газа, $V$ — его объем, $m$ — масса газа, $M$ — его молярная масса, $R$ — универсальная газовая постоянная, а $T$ — абсолютная температура.

Плотность вещества $\rho$ определяется как отношение массы к объему: $\rho = \frac{m}{V}$. Чтобы связать плотность с параметрами состояния газа, преобразуем уравнение Менделеева-Клапейрона:

$p = \frac{m}{V} \frac{R T}{M}$

Подставив определение плотности, получаем:

$p = \rho \frac{R T}{M}$

Из этого соотношения выразим плотность:

$\rho = \frac{p M}{R T}$

Теперь мы можем записать выражения для плотности пара при двух заданных температурах.

При температуре $T_1$ и давлении $p_1$ плотность равна: $\rho_1 = \frac{p_1 M}{R T_1}$

При температуре $T_2$ и давлении $p_2$ плотность равна: $\rho_2 = \frac{p_2 M}{R T_2}$

Для сравнения плотностей найдем их отношение $\frac{\rho_2}{\rho_1}$:

$\frac{\rho_2}{\rho_1} = \frac{\frac{p_2 M}{R T_2}}{\frac{p_1 M}{R T_1}} = \frac{p_2 M}{R T_2} \cdot \frac{R T_1}{p_1 M}$

Молярная масса эфира $M$ и универсальная газовая постоянная $R$ в этом выражении сокращаются, так как они являются константами. В результате получаем:

$\frac{\rho_2}{\rho_1} = \frac{p_2 T_1}{p_1 T_2}$

Подставим в полученную формулу числовые значения из условия. Давление можно подставлять в килопаскалях, так как единицы измерения в числителе и знаменателе сократятся. Температуру необходимо использовать в абсолютной шкале (в кельвинах).

$\frac{\rho_2}{\rho_1} = \frac{123 \text{ кПа} \cdot 273 \text{ К}}{24.7 \text{ кПа} \cdot 313 \text{ К}} = \frac{123 \cdot 273}{24.7 \cdot 313} \approx \frac{33579}{7731.1} \approx 4.34$

Ответ: Плотность насыщенного пара эфира при $40°C$ приблизительно в $4.34$ раза больше, чем при $0°C$.

555. Во сколько раз концентрация молекул насыщенного водяного пара при $50^\circ C$ больше, чем при $5^\circ C$?

Дано:

Перевод в систему СИ (Кельвины):

Давление насыщенного водяного пара (из справочных таблиц):

Найти:

Решение:

Концентрация молекул газа $n$ связана с его давлением $p$ и абсолютной температурой $T$ через основное уравнение молекулярно-кинетической теории для идеального газа:

$p = n k T$

где $k$ — постоянная Больцмана.

Из этого уравнения можно выразить концентрацию молекул:

$n = \frac{p}{k T}$

Насыщенный водяной пар при данных температурах можно с хорошей точностью считать идеальным газом. Давление насыщенного пара зависит только от температуры.

Запишем выражения для концентрации молекул насыщенного пара при температурах $T_1$ и $T_2$:

$n_1 = \frac{p_1}{k T_1}$

$n_2 = \frac{p_2}{k T_2}$

Чтобы найти, во сколько раз концентрация при температуре $t_1$ больше, чем при $t_2$, составим их отношение:

$\frac{n_1}{n_2} = \frac{\frac{p_1}{k T_1}}{\frac{p_2}{k T_2}} = \frac{p_1}{p_2} \cdot \frac{T_2}{T_1}$

Подставим числовые значения в полученную формулу, используя данные из таблиц для давления насыщенного пара и переведенные в Кельвины температуры:

$\frac{n_1}{n_2} = \frac{12350 \text{ Па}}{872 \text{ Па}} \cdot \frac{278 \text{ К}}{323 \text{ К}}$

$\frac{n_1}{n_2} \approx 14.16 \cdot 0.86 \approx 12.18$

Произведем более точные вычисления:

$\frac{n_1}{n_2} = \frac{12350}{872} \cdot \frac{278}{323} \approx 12.19$

Ответ:

Концентрация молекул насыщенного водяного пара при $50°C$ больше, чем при $5°C$, примерно в 12.2 раза.

556. Трубка, один конец которой закрыт, наполнена водой и открытым концом погружена в сосуд с водой (рис. 65). Вода в сосуде и трубке нагрета до температуры кипения. Что будет происходить с водой в трубке?

Рис. 65

Решение

Процесс кипения жидкости начинается тогда, когда давление её насыщенного пара становится равным или превышает внешнее давление, оказываемое на жидкость.

Рассмотрим условия для воды в открытом сосуде. На её поверхность действует атмосферное давление $P_{атм}$. По условию, вода в сосуде нагрета до температуры кипения, это означает, что её температура $T_{кип}$ такова, что давление насыщенного пара воды $P_{нас. пара}$ равно атмосферному давлению: $P_{нас. пара} = P_{атм}$.

Теперь рассмотрим условия для воды в трубке. Вода в трубке находится при той же температуре $T_{кип}$, следовательно, давление её насыщенного пара также равно $P_{нас. пара} = P_{атм}$. Однако внешнее давление на воду внутри трубки отличается. Столб воды в трубке удерживается за счет атмосферного давления, действующего на поверхность воды в сосуде. Это означает, что давление внутри столба воды в трубке меньше атмосферного. На высоте $h$ над уровнем воды в сосуде давление $P_{внутри}$ будет меньше атмосферного на величину гидростатического давления столба воды высотой $h$:

$P_{внутри} = P_{атм} - \rho g h$

где $\rho$ — плотность воды, а $g$ — ускорение свободного падения.

Таким образом, для воды в трубке мы имеем ситуацию, когда давление её насыщенного пара ($P_{нас. пара} = P_{атм}$) оказывается больше, чем давление внутри самой жидкости ($P_{внутри} < P_{атм}$). Это создаёт условия для очень интенсивного, бурного кипения.

В результате этого бурного кипения будет образовываться большое количество пара. Пар, скапливаясь в верхней части трубки, создаст избыточное давление и будет выталкивать воду из трубки в сосуд. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока вся вода из трубки не будет вытеснена, и уровень воды в трубке не сравняется с уровнем воды в сосуде. Пространство над водой в трубке заполнится насыщенным водяным паром.

Ответ: Вода в трубке будет кипеть значительно интенсивнее, чем в сосуде. Образующийся пар вытеснит всю воду из трубки обратно в сосуд, пока уровень воды в трубке не сравняется с уровнем в сосуде.

557. Можно ли считать, что при нормальном атмосферном давлении вода, находящаяся в достаточно глубоком сосуде, кипит при $100 ^\circ \text{C}$?

Решение

Нет, в общем случае считать так нельзя. Температура кипения жидкости зависит от внешнего давления. Вода кипит при 100 °C только при нормальном атмосферном давлении ($p_{атм} \approx 101,3$ кПа).

Кипение — это процесс парообразования, который происходит во всём объёме жидкости, когда давление её насыщенного пара сравнивается с внешним давлением.

В глубоком сосуде давление на разных глубинах различно. На поверхности воды давление равно атмосферному. Однако с увеличением глубины на $h$ к атмосферному давлению $p_{атм}$ добавляется гидростатическое давление столба жидкости $p_{гидр}$, которое рассчитывается по формуле $p_{гидр} = \rho g h$, где $\rho$ — плотность воды, а $g$ — ускорение свободного падения.

Таким образом, полное давление на глубине $h$ составляет:

$p_{полн} = p_{атм} + \rho g h$

Поскольку это давление $p_{полн}$ на любой глубине $h > 0$ больше атмосферного, для кипения (образования пузырьков пара) на этой глубине потребуется температура выше 100 °C.

Например, на глубине 10 метров гидростатическое давление воды ($p_{гидр} \approx 1000 \text{ кг/м}^3 \cdot 9.8 \text{ м/с}^2 \cdot 10 \text{ м} \approx 98$ кПа) почти равно атмосферному. Суммарное давление будет почти вдвое выше, и температура кипения при таком давлении составит уже около 120 °C.

Следовательно, хотя на самой поверхности вода и может закипать при 100 °C, кипение во всем объеме глубокого сосуда, которое обычно начинается в нижних, наиболее нагретых слоях, будет происходить при температуре выше 100 °C.

Ответ: Нет, нельзя, так как из-за гидростатического давления давление на глубине больше, чем на поверхности, а с ростом давления растёт и температура кипения. Вода в нижних слоях сосуда будет кипеть при температуре выше 100 °C.

558. При каком давлении вода будет кипеть при 19 °C?

Дано:

Температура кипения воды, $t = 19 ^\circ\text{C}$.

Найти:

Внешнее давление $p$.

Решение:

Кипение жидкости — это процесс интенсивного парообразования, происходящий во всем объеме жидкости. Жидкость начинает кипеть при той температуре, при которой давление её насыщенного пара становится равным внешнему давлению. Это является основным условием кипения:

$p = p_{н.п.}$

где $p$ — внешнее давление, а $p_{н.п.}$ — давление насыщенного пара жидкости при данной температуре.

Таким образом, задача сводится к нахождению давления насыщенного водяного пара при температуре $19 ^\circ\text{C}$. Это значение является справочной величиной, и его можно найти в таблицах физических свойств воды и водяного пара.

Согласно справочным данным (таблице давлений насыщенного пара воды), при температуре $t = 19 ^\circ\text{C}$ давление насыщенного пара составляет:

$p_{н.п.} \approx 2198 \text{ Па}$.

Следовательно, вода будет кипеть при $19 ^\circ\text{C}$, если внешнее давление будет равно этому значению. Для удобства можно выразить это давление в килопаскалях:

$p = 2198 \text{ Па} = 2.198 \text{ кПа} \approx 2.2 \text{ кПа}$.

Это давление значительно ниже нормального атмосферного давления (которое составляет около $101.3$ кПа), при котором вода кипит при $100 ^\circ\text{C}$. Зависимость температуры кипения от давления объясняет, например, почему в горах вода закипает при более низкой температуре.

Ответ:

вода будет кипеть при температуре $19 ^\circ\text{C}$ при давлении, равном давлению ее насыщенного пара, что составляет приблизительно $2.2$ кПа (или $2200$ Па).

559. В кастрюле-скороварке вода кипит примерно при $120°C$. Кастрюля герметично закрыта крышкой, в которой имеется клапан, выпускающий пар при давлении $90-110 \text{ кПа}$ (сверх атмосферного). Объяснить работу кастрюли.

Дано:

Температура кипения воды в скороварке: $t = 120$ °C

Избыточное давление срабатывания клапана: $\Delta p = 90 - 110$ кПа

Перевод в систему СИ:

Температура: $T = 120 + 273.15 = 393.15$ К

Избыточное давление: $\Delta p = (90 - 110) \times 10^3$ Па

Найти:

Объяснить принцип работы кастрюли-скороварки.

Решение:

Принцип работы кастрюли-скороварки основан на физическом явлении — зависимости температуры кипения жидкости от внешнего давления. Кипение жидкости наступает в тот момент, когда давление её насыщенного пара становится равным внешнему давлению. При обычном атмосферном давлении (около $101.3$ кПа) вода кипит при $100$ °C. Если же внешнее давление увеличить, то для кипения потребуется более высокая температура.

В скороварке это и происходит. Кастрюля герметично закрывается крышкой, поэтому при нагревании образующийся водяной пар не может выйти наружу. Он накапливается над поверхностью воды, увеличивая общее давление внутри кастрюли. В крышку встроен специальный клапан, который выпускает излишки пара только тогда, когда давление превысит атмосферное на определенную величину — в данном случае на $90-110$ кПа. Таким образом, клапан поддерживает внутри постоянное высокое давление.

Рассчитаем, какое абсолютное (полное) давление $p_{полн}$ поддерживается внутри кастрюли. Оно складывается из атмосферного давления $p_{атм}$ и избыточного давления $\Delta p$, создаваемого клапаном:

$p_{полн} = p_{атм} + \Delta p$

Примем нормальное атмосферное давление $p_{атм} \approx 101$ кПа. Тогда диапазон полного давления в скороварке составит от $101 \text{ кПа} + 90 \text{ кПа} = 191$ кПа до $101 \text{ кПа} + 110 \text{ кПа} = 211$ кПа. Из справочных данных известно, что температура кипения воды при давлении около $200$ кПа (точнее, $198.5$ кПа) как раз составляет $120$ °C. Это значение давления находится внутри рабочего диапазона скороварки, что и объясняет, почему вода в ней кипит при указанной температуре.

Поскольку скорость химических реакций (в том числе и тех, которые отвечают за приготовление пищи) сильно зависит от температуры, повышение температуры кипения со $100$ °C до $120$ °C позволяет значительно ускорить процесс готовки. В этом и заключается основной эффект скороварки.

Ответ:

Работа кастрюли-скороварки основана на зависимости температуры кипения воды от давления. Герметичная крышка позволяет создать внутри кастрюли повышенное давление, которое поддерживается специальным клапаном. Это давление (около $191-211$ кПа абсолютного) поднимает температуру кипения воды до $120$ °C. Приготовление пищи при более высокой температуре происходит значительно быстрее, чем при $100$ °C.

560. Образующиеся белые клубы при выдохе на морозе иногда называют паром. Правильно ли это?

560. Решение

С точки зрения физики, называть белые клубы, образующиеся при выдохе на морозе, паром — некорректно. Повседневное использование слова "пар" часто отличается от его строгого научного определения.

Рассмотрим процесс подробнее:

1. Воздух, который мы выдыхаем, теплый (его температура близка к температуре тела, около $37^\circ C$) и насыщен водяным паром. Водяной пар — это вода в газообразном состоянии, и он невидим.
2. Когда этот теплый и влажный воздух соприкасается с холодным морозным воздухом, он резко охлаждается.
3. При понижении температуры избыток водяного пара, который охлажденный воздух уже не может в себе удерживать, переходит из газообразного состояния в жидкое. Этот процесс называется конденсацией. В результате образуются миллиарды мельчайших капелек воды (или, если мороз очень сильный, крошечных кристалликов льда).
4. Именно скопление этих микроскопических капелек или кристалликов мы и видим как белое облачко или туман. Свет рассеивается на этих частицах, делая их видимыми. По своей сути, это явление аналогично образованию тумана или облаков.

Таким образом, то, что мы видим, — это не пар (газ), а аэрозоль — взвесь жидких или твердых частиц в газе. Настоящий водяной пар в выдыхаемом воздухе был и остается невидимым.

Ответ: Нет, это неправильно. Видимые белые клубы — это не водяной пар (который является невидимым газом), а туман, состоящий из мельчайших капелек воды или кристалликов льда, образовавшихся в результате конденсации пара при его охлаждении.

561. Почему запотевают очки, когда человек с мороза входит в комнату?

Это явление объясняется физическим процессом, который называется конденсацией. Когда человек, носящий очки, входит с мороза в теплое помещение, происходит следующая последовательность событий:

1. Разница температур. На улице очки охлаждаются до низкой температуры, близкой к температуре окружающего воздуха. Воздух в комнате, напротив, значительно теплее.

2. Влажность воздуха. Теплый комнатный воздух всегда содержит в себе определенное количество влаги в виде водяного пара. Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара он способен в себе удерживать.

3. Охлаждение воздуха у поверхности линз. Когда теплый и влажный воздух из комнаты соприкасается с холодной поверхностью линз очков, прилегающий к стеклу слой воздуха резко охлаждается.

4. Достижение точки росы. Способность холодного воздуха удерживать водяной пар значительно ниже, чем у теплого. При резком охлаждении относительная влажность этого слоя воздуха достигает 100%, и он становится насыщенным. Температура, при которой это происходит, называется "точкой росы". Так как температура поверхности линз ($T_{линз}$) ниже температуры точки росы ($T_{точки\;росы}$) для комнатного воздуха, создаются условия для конденсации.

5. Конденсация. Избыточный водяной пар из охлажденного слоя воздуха переходит из газообразного состояния в жидкое, оседая на холодной поверхности линз в виде мельчайших капелек воды.

Эта совокупность микроскопических капель воды рассеивает свет, делая линзы мутными и непрозрачными. Через некоторое время очки нагреваются до комнатной температуры, и сконденсировавшаяся влага испаряется.

Ответ: Очки запотевают из-за конденсации водяного пара из теплого комнатного воздуха на их холодной поверхности, так как температура линз оказывается ниже точки росы для данного воздуха.

562. Почему в морозные дни над полыньёй в реке образуется туман?

Решение

Образование тумана над полыньёй в морозный день происходит из-за физического процесса, называемого конденсацией, который обусловлен значительной разницей температур между водой и окружающим воздухом.

1. Температура воды в полынье всегда выше нуля градусов Цельсия (обычно от 0 °C до +4 °C), в то время как температура воздуха в морозный день отрицательная.

2. С поверхности более тёплой воды постоянно происходит испарение — молекулы воды переходят в воздух в виде невидимого водяного пара. В результате над полыньёй образуется слой тёплого и влажного воздуха.

3. Этот тёплый, насыщенный влагой воздух, будучи легче холодного, поднимается вверх и смешивается с окружающим морозным воздухом.

4. При контакте с холодным воздухом тёплый влажный воздух резко охлаждается. Известно, что холодный воздух может удерживать в себе гораздо меньше водяного пара, чем тёплый. Когда температура воздуха опускается до "точки росы", избыточный водяной пар конденсируется — превращается в мельчайшие капельки жидкой воды или, если мороз очень сильный, в крошечные кристаллики льда.

5. Скопление этих взвешенных в воздухе капелек воды или кристалликов льда и образует видимое облако у поверхности воды, которое мы называем туманом.

Ответ: Туман над полыньёй образуется из-за конденсации тёплого водяного пара, испаряющегося с поверхности воды, при его соприкосновении и резком охлаждении в холодном морозном воздухе.

563. Если в комнате достаточно тепло и влажно, то при открывании зимой форточки образуются клубы тумана, которые в комнате опускаются, а на улице поднимаются. Объяснить явление.

Решение

Данное явление объясняется различиями в температуре и плотности воздуха, а также процессом конденсации водяного пара. Процесс можно разбить на три основных этапа:

1. Образование тумана. Воздух в отапливаемой комнате зимой теплый и, как правило, содержит достаточно много водяного пара (высокая влажность). Воздух на улице, наоборот, холодный. Когда открывают форточку, происходит смешение этих двух воздушных масс. При контакте с холодным воздухом теплый и влажный воздух из комнаты резко охлаждается. Способность воздуха удерживать водяной пар напрямую зависит от его температуры: чем холоднее воздух, тем меньше пара он может в себе содержать. Когда температура влажного воздуха падает до точки росы, избыточный водяной пар конденсируется, превращаясь в мельчайшие капельки воды (или кристаллики льда, если температура ниже нуля). Совокупность этих капелек и образует видимый туман.

2. Движение тумана в комнате (опускается). Туман, который заходит в комнату из открытой форточки, представляет собой смесь холодного уличного воздуха с сконденсированным в нем паром из комнатного воздуха. Поскольку эта смесь значительно холоднее, чем окружающий воздух в комнате, она имеет большую плотность. Согласно закону Архимеда, более плотное тело (в данном случае, объем холодного воздуха) в менее плотной среде (теплый воздух комнаты) будет тонуть. Поэтому клубы тумана, проникающие в комнату, опускаются вниз.

3. Движение тумана на улице (поднимается). Туман, который выходит из комнаты на улицу, представляет собой смесь теплого комнатного воздуха с сконденсированным в нем паром. Эта смесь оказывается значительно теплее, чем окружающий холодный уличный воздух. Теплый воздух менее плотен, чем холодный. Поэтому на клуб теплого тумана в холодной уличной среде действует выталкивающая сила, превышающая его вес. В результате этот туман поднимается вверх.

Таким образом, направление движения клубов тумана определяется тем, где они находятся: в теплой среде комнаты или в холодной среде улицы, и, соответственно, их плотностью относительно окружающей среды.

Ответ: Туман образуется из-за конденсации водяного пара при смешении теплого влажного комнатного воздуха с холодным уличным. Клубы тумана, попадающие в комнату, состоят из холодного воздуха, который плотнее теплого комнатного, поэтому они опускаются. Клубы тумана, выходящие на улицу, состоят из теплого воздуха, который менее плотный, чем холодный уличный, поэтому они поднимаются.

564. Как по внешнему виду отличить в бане трубу с холодной водой от трубы с горячей?

Чтобы отличить трубу с холодной водой от трубы с горячей в бане, необходимо обратить внимание на явление конденсации. В воздухе бани содержится большое количество водяного пара из-за высокой температуры и влажности.

1. Труба с холодной водой: Поверхность этой трубы имеет температуру значительно ниже температуры окружающего воздуха. Когда теплый и влажный воздух соприкасается с холодной поверхностью трубы, он охлаждается. Если температура поверхности трубы ниже точки росы, то водяной пар из воздуха будет конденсироваться на ней в виде маленьких капелек воды. Внешне труба будет выглядеть «запотевшей», влажной, покрытой росой.

2. Труба с горячей водой: Эта труба, наоборот, имеет температуру выше, чем у окружающего воздуха. Поэтому при контакте с ней воздух будет только нагреваться, и конденсации водяного пара на ее поверхности происходить не будет. Эта труба останется сухой.

Ответ: Труба, покрытая капельками воды (конденсатом), — это труба с холодной водой. Сухая труба — с горячей.

565. Чем объяснить появление зимней инея на оконных стёклах? С какой стороны стекла он появляется?

Чем объяснить появление зимой инея на оконных стёклах?

Появление инея на оконных стёклах зимой — это результат фазового перехода воды из газообразного состояния (водяной пар) в твёрдое (лёд). Этот процесс может происходить двумя основными путями: через десублимацию или через конденсацию с последующим замерзанием.

В воздухе внутри любого жилого помещения всегда содержится водяной пар. Его источниками являются дыхание людей, испарение влаги с поверхности кожи, приготовление пищи, комнатные растения и другие бытовые процессы.

Зимой, когда температура на улице опускается значительно ниже нуля ($t_{снаружи} < 0^\circ\text{C}$), а в помещении поддерживается комнатная температура ($t_{внутри} > 0^\circ\text{C}$), оконное стекло, находясь на границе двух сред, сильно охлаждается. Его внутренняя поверхность, обращённая в комнату, приобретает температуру, которая часто оказывается ниже точки замерзания воды ($0^\circ\text{C}$).

Тёплый и влажный комнатный воздух, соприкасаясь с такой холодной поверхностью, резко охлаждается. В результате водяной пар в воздухе кристаллизуется на стекле, образуя лёд. Это происходит следующим образом:
1. Десублимация: Если температура стекла ниже точки росы и ниже $0^\circ\text{C}$, водяной пар из воздуха переходит непосредственно в твёрдое состояние, образуя кристаллики льда, минуя жидкую фазу.
2. Конденсация и замерзание: Водяной пар сначала конденсируется на стекле в виде мельчайших капелек воды, которые затем, из-за низкой температуры поверхности, немедленно замерзают.

Образовавшиеся первичные кристаллики льда служат центрами для дальнейшей кристаллизации. Они разрастаются, формируя на стекле сложные и красивые ледяные узоры, которые мы и называем инеем. Неровности на стекле, частицы пыли и микроцарапины также способствуют этому процессу, выступая в роли затравок для роста кристаллов.

Ответ: Появление инея на оконных стёклах зимой объясняется кристаллизацией водяного пара из тёплого комнатного воздуха на холодной поверхности стекла. Это происходит из-за того, что температура стекла опускается ниже $0^\circ\text{C}$ под воздействием уличного мороза.

С какой стороны стекла он появляется?

Поскольку источником влаги (водяного пара) является воздух внутри помещения, а причиной охлаждения стекла до отрицательных температур — морозный воздух на улице, то процесс образования инея происходит на границе «тёплый влажный воздух — холодная поверхность». Следовательно, иней формируется на той стороне стекла, которая обращена внутрь комнаты.

Ответ: Иней появляется на внутренней стороне стекла, обращённой в сторону комнаты.